從學業(yè)要求看物理課程跨學科實踐的育人價值

張棟林 葉素萍 王筱妍 孫 晉 萬 勇

(青島大學物理科學學院 山東 青島 266071)

核心素養(yǎng)學科育人價值的集中體現(xiàn),是學生在未來個人生活中和適應社會發(fā)展所需要的必備品格和關鍵能力,素養(yǎng)的形成,不僅是個人的需要,也是社會的需要,因此素養(yǎng)培養(yǎng)的過程要加強學生認識物理學科與自然、生活、社會之間的關系.《義務教育物理課程標準(2022年版)》(以下稱新課標)把“跨學科實踐”列為一級主題,一方面體現(xiàn)了物理學科的實踐性,另一方面凸顯了物理學科的育人功能,在物理教學中增加“跨學科實踐”內(nèi)容,促進學生核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展.

新課標對“跨學科實踐”提出了明確的學業(yè)要求,對學生在完成該模塊學習后,應具備的能力和達到的學習水平進行了描述,而核心素養(yǎng)內(nèi)涵也表明了學生發(fā)展所需的品格和能力.因此將學業(yè)要求的內(nèi)容與物理學科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵拆分,對應比較,可以看出“跨學科實踐”如何在核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展過程中起到促進作用.

1 學業(yè)要求與核心素養(yǎng)

1.1 學業(yè)要求對應的物理觀念

將學業(yè)要求(1)和新課標中物理觀念的內(nèi)涵進行拆分、對應,得到對應關系如圖1所示.

圖1 學業(yè)要求與物理觀念

“觀念”一詞包含眾多的下位概念[1],如生物學科的“生命觀念”、化學學科的“化學觀念”、地理學科的“人地協(xié)調(diào)觀”等.物理觀念是“觀念”按照學科分類的眾多下位且重要概念之一,培養(yǎng)目的是形成對“物質”“運動和相互作用”“能量”等物理領域觀念的總體認識.而跨學科實踐強調(diào)的“綜合認識”,不僅是本學科觀念綜合,還是對眾多學科觀念的綜合,是為了在實踐中形成對多學科觀念的整體認識.通過跨學科實踐,不僅可以形成對物理觀念的總體認知,而且在學生綜合多學科觀念參與實踐的過程中,對物理概念規(guī)律的提煉和升華有促進作用.

新課標將“物理學與社會生活”“物理學與工程實踐”“物理學與社會發(fā)展”設為二級主題,一方面不再局限于單從物理學視角解釋和解決問題,而是融合物理及其他領域;另一方面不只關注自然現(xiàn)象和實際問題,將與健康、安全有關的生活問題,簡單的工程與技術問題,能源、環(huán)境等熱點問題涵蓋在內(nèi),培養(yǎng)跨學科解決問題的能力.

綜上,“跨學科實踐”既在本學科知識的綜合運用中促進物理觀念這一基礎素養(yǎng)的形成和發(fā)展,其學業(yè)要求又將這些作用衍生拓展,外延至其他學科,培養(yǎng)的是學生認識多種學科知識觀念,跨學科解決問題的能力.

1.2 學業(yè)要求對應的科學思維

將學業(yè)要求(2)和新課標中科學思維的內(nèi)涵進行拆分、對應,得到對應關系如圖2所示.

圖2 學業(yè)要求與科學思維

科學思維包含“模型構建”“科學推理”“科學論證”“質疑創(chuàng)新”4個要素.通過圖2比較可知學業(yè)要求中,“在跨學科實踐中嘗試找出影響活動成效的主要因素,能用簡單的模型解決問題”能夠培養(yǎng)模型建構能力;“利用歸納或演繹方法對跨學科問題進行推理,獲得結論”培養(yǎng)學生科學推理的能力;“基于證據(jù)說明操作的合理性,能在操作中獨立思考,提出自己的見解”培養(yǎng)學生的科學論證和批判質疑能力[2].

綜上,二者表述上相同之處在于都重視利用“歸納演繹”“分析綜合”等科學方法進行推理,且都強調(diào)論證和質疑的“證據(jù)意識”,不同之處在于“跨學科實踐”在培養(yǎng)學生的過程中研究視角不局限于物理學,主題更加開放,研究因素更加寬泛.總之,“跨學科實踐”學業(yè)要求中希望學生能夠達到的水平和科學素養(yǎng)內(nèi)涵中學生應具有的能力相通,是在更廣闊的視角下培養(yǎng)學生科學思維這一核心素養(yǎng).

1.3 學業(yè)要求對應的科學探究

將學業(yè)要求(3)和新課標中科學探究的內(nèi)涵進行拆分、對應,得到對應關系如圖3所示.

圖3 學業(yè)要求與科學探究

對比學業(yè)要求內(nèi)容和科學探究內(nèi)涵,可以發(fā)現(xiàn),前者強調(diào)“實踐”,而后者強調(diào)“實驗”,雖然教學手段不同,但二者在培養(yǎng)學生能力方面是一致的,由圖3可知,兩者都包含:提出問題、形成猜想與假設的能力;設計與制定方案,獲取和處理信息的能力;基于證據(jù)得出結論和進行解釋的能力;對過程和結果進行總結交流和反思的能力.涵蓋的要素相同,都包括:問題、證據(jù)、解釋、交流.這樣一系列過程是進行科學探究活動必備的,跨學科實踐也是以此過程為線索開展探究,達到促進素養(yǎng)發(fā)展的目的.

以往物理教學中培養(yǎng)學生的科學探究能力,多用實驗探究的形式,新課標中跨學科實踐的加入,為學生科學探究能力的培養(yǎng)提供了新的想法和道路.教師可以通過設計跨學科實踐方案,如“探究式”或“項目式”跨學科實踐活動,培養(yǎng)探究能力,也可以在傳統(tǒng)的實驗教學融入跨學科理念,利用現(xiàn)代科技,或與各學科知識相融合,運用恰當?shù)慕虒W方法,促進學生科學探究素養(yǎng)的形成和發(fā)展.

1.4 學業(yè)要求對應的科學態(tài)度與責任

將學業(yè)要求(4)和新課標中科學態(tài)度與責任的內(nèi)涵進行拆分、對應,得到對應關系如圖4所示.

圖4 學業(yè)要求與科學態(tài)度與責任

科學態(tài)度與責任作為物理核心素養(yǎng)的重要組成部分,不僅是高中學段各理科課程中的共同素養(yǎng)要求,也是學科育人價值的最終體現(xiàn)[3],包含“科學本質觀”“科學態(tài)度”“社會責任”等要素.由圖4可知,雖然在表述上,“跨學科實踐”更多關注的是物理與人類生活、工程實踐、社會發(fā)展;“科學態(tài)度與責任”強調(diào)了解科學、技術、社會、環(huán)境之間的關系,但是在這里二者沒有明確的界限,是相互交叉融合的.“跨學科實踐”在育人方面的價值表現(xiàn)跟科學態(tài)度與責任部分相似,最終都要形成科學實踐和探究的內(nèi)在精神品質,保護環(huán)境,推動可持續(xù)發(fā)展的責任感,具備實現(xiàn)中華民族偉大復新的擔當和民族自豪感.

但是總體來說,科學態(tài)度與責任的內(nèi)涵比“跨學科實踐”學業(yè)要求涵蓋得更廣,因為對“科學本質觀及科學倫理”方面,學業(yè)要求并未給出具體描寫;“科學態(tài)度”方面,核心素養(yǎng)要求更高,除了強調(diào)內(nèi)在的探索動力,還要求形成實事求是、嚴謹認真的科學態(tài)度.這就需要教師在利用跨學科實踐培養(yǎng)學生科學態(tài)度與責任的過程中,注重科學本質,設計出更加科學全面的方案.

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn),學業(yè)要求是以核心素養(yǎng)4個內(nèi)涵及其要素為主要維度進行劃分和表述,相較核心素養(yǎng)的上位、抽象,學業(yè)要求的操作性更強.以跨學科實踐作為新的教學手段,幫助學生形成和發(fā)展核心素養(yǎng),促進物理課程育人目標的達成.

2 達成學業(yè)要求的思考及建議

學業(yè)要求是新課標對于學生完成“跨學科實踐”模塊的學習后,應該達到的能力水平的具體要求.通過上述分析,為使學生達成學業(yè)要求,對教師實施跨學科實踐提出一些思考和建議.

2.1 提高跨學科實踐的綜合性

通過對學業(yè)要求(1)的分析,可知“綜合性”是跨學科實踐活動的主要特點之一,為促進學生達到學業(yè)要求,對跨學科實踐的綜合性有以下幾點思考.

(1)跨學科實踐主題的創(chuàng)設應凸顯多學科知識的綜合性[4].因為日常生活、工程實踐、社會發(fā)展中的問題,是蘊含多種學科因素的.綜合多學科知識,能為實際問題提出更有效的方法.為解決以往分科教學帶來的學生學科知識斷裂,解決實際問題能力不強等問題,加深學生對自然界和人類社會的全面認識,跨學科實踐應綜合多種學科的知識觀念.如讓學生觀察“雙彩虹”現(xiàn)象,調(diào)查探究國內(nèi)特殊虹現(xiàn)象的形成原因和地理分布,能讓學生對物理光現(xiàn)象和地理氣候分布產(chǎn)生綜合認識.

(2)跨學科實踐應該保證培養(yǎng)能力的綜合性.學業(yè)要求對應核心素養(yǎng)的4個部分,它們是一個有機的整體,相互聯(lián)系,教師應注重在一項跨學科實踐活動中要有多個能力的鍛煉和培養(yǎng).如在教授“能量的轉化和守恒”時,可以引入“探究古代水車如何實現(xiàn)農(nóng)田灌溉”的跨學科實踐活動.學生通過查閱資料,解釋其工作原理,深化能量觀念;小組合作制作水車模型,培養(yǎng)模型建構和合作交流能力;見證古代勞動人民偉大的智慧和創(chuàng)造力,養(yǎng)成環(huán)保意識,為我國古代科技發(fā)明感到自豪.

(3)跨學科實踐需要教師之間緊密合作.在分科授課的大背景下,只由單門學科教師設計方案,實施過程可能存在缺陷,不僅需要教師對跨學科內(nèi)容深度挖掘,還需要多學科教師緊密合作,組成項目組.學科教師完成課程的獨立設計后,將設計初稿提交項目組內(nèi)研討,通過闡述、分析、挑選、修正、整合完善設計[5].教師之間互通有無,分享教學智慧,提高跨學科教學能力,推動學生達到學業(yè)要求.

2.2 通過跨學科實踐促進本學科知識學習

結合學業(yè)要求(2)的分析,可知跨學科實踐是在蘊含多因素、多學科視角的實踐活動中發(fā)揮物理課程的育人功能,新課標的跨學科實踐是為了更好地培養(yǎng)物理學科的學科核心素養(yǎng),即無論從物理向外跨多遠,最終完成的是物理課程要到達的育人目標.因此跨學科活動內(nèi)容設計時,教師要以物理學科為背景、物理知識為出發(fā)點,融合化學、生物、材料等學科,最后的結果要回到物理[6],也就是說,跨學科實踐是為解決物理問題提供更廣闊的視角,目的是深化物理知識,培養(yǎng)物理技能.

例如物理與音樂跨學科實踐開展“吉他演奏中物理技巧”,教師帶領學生了解樂音的特征及吉他的結構,明白吉他如何發(fā)聲;參與吉他調(diào)音,探究琴弦的橫截面積、松緊程度與音調(diào)的關系;嘗試通過改變一根弦的振動頻率彈出7個音符;練習簡單曲目,展示及評價等一系列活動任務,最終目的是讓學生明白“旋鈕調(diào)音”“升品變調(diào)”“琴弦振動”“琴碼傳導”“琴箱共鳴”等樂器演奏中的物理原理,加深學生對“聲音的產(chǎn)生和傳播”“振動”“機械波”等物理知識的了解[7].

2.3 在實驗探究中融入跨學科元素

通過對學業(yè)要求(3)的分析,實驗探究和跨學科實踐都具有“實踐性”的特征,雖然二者實施手段不同,但在育人方面功能一致.為培養(yǎng)科學探究能力,教師將二者結合,在實驗探究中融入跨學科元素具有必要性[8].

首先物理學是一門以數(shù)學為工具的學科,物理量關系的表達,數(shù)據(jù)的處理都是以數(shù)學為基礎的,增強學生數(shù)學運算能力有助于探究過程的順利實施.

其次現(xiàn)代科技的發(fā)展帶動著物理實驗的變革,用各類傳感器、仿真模擬實驗平臺等先進技術設備優(yōu)化傳統(tǒng)實驗,增強實驗的準確性和規(guī)范性,讓學生體會科技發(fā)展帶來的影響.

再次,物理實驗涉及和揭示的物理規(guī)律與日常生活、工程實踐密不可分,引入跨學科內(nèi)容可將知識聯(lián)系實際,如結合調(diào)查生活中摩擦力的防治與利用,探究滑動摩擦力的影響因素,便于實驗教學活動的實施和學生對知識的內(nèi)化.

最后,實驗教學引入物理學史與課程思政相結合,講解國內(nèi)外科學家生平事跡和歷史上的科研事故,培養(yǎng)學生持之以恒、實事求是、嚴謹認真的科學態(tài)度和遵守科學道德的意識.

2.4 在跨學科實踐中滲透科學本質

通過對學業(yè)要求(4)的分析,跨學科實踐中需滲透科學本質.科學本質的教育是提升學生科學素養(yǎng)的核心,關于“科學本質”是什么,傳統(tǒng)的科學本質觀認為科學的本質是科學知識,邏輯實證主義認為,科學的本質主要體現(xiàn)于科學方法之中,建構主義否定知識的客觀性,主張科學的本質即科學探究[9].無論科學本質的內(nèi)涵怎么變化,科學精神和科學方法是始終如一的.跨學科實踐中滲透科學本質,就是在目標制定、內(nèi)容選取、活動實施、結果呈現(xiàn)中貫徹科學精神和科學方法.

(1)跨學科實踐的目標要科學、明確且恰當.教師要在目標制定時緊密依靠物理課程理念,落實立德樹人的根本任務;遵循教育基本規(guī)律和學生發(fā)展規(guī)律,發(fā)揮跨學科實踐育人價值,致力于培養(yǎng)學生核心素養(yǎng).

(2)跨學科實踐內(nèi)容要科學.教師需確保內(nèi)容與課程目標相適應,以物理知識和方法為基礎,課內(nèi)與課外相適應[10].緊密圍繞具體的教學內(nèi)容和教學主體,保證適切性和發(fā)展性,合理制定方案,適用于學?？陀^的資源條件和學生現(xiàn)有的層次水平,與時俱進及時更新.

(3)實施過程要科學.教師的方案實施務必規(guī)范,合理安排實踐課時、場地;教師參與指導,確保發(fā)揮實踐過程的教育功能;強調(diào)實踐活動的安全性,循序漸進保障跨學科實踐方案的順利實施.

(4)結果呈現(xiàn)要科學.首先是重視活動成果的呈現(xiàn)和交流,以作品設計、模型制作、撰寫報告等多樣化的形式呈現(xiàn)結果;其次是重視活動成果的評價反饋,教師應當使用科學的評價機制和多樣化的評價方法,自評互評相結合,發(fā)揮評價的診斷和激勵功能,促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展.

3 結束語

綜上所述,新課標以核心素養(yǎng)4個內(nèi)涵為維度,對“跨學科實踐”學業(yè)要求進行描述和劃分,力求將跨學科實踐作為新的育人手段,實現(xiàn)學生物理核心素養(yǎng)發(fā)展.教學中,教師應在團隊合作的同時不斷完善自身能力,通過10%的跨學科實踐[11],以主題為引領,以任務為驅動展開教學活動,結合生活、工程、社會等領域的問題,綜合化學、生物等學科知識,在科學化的實踐活動中,促進物理學科知識的學習和應用,達到發(fā)展學生物理核心素養(yǎng)的目的.